GR5 (Ti-6Al-4V) е "301 неръждаема стомана" от титаниеви сплави - използва се широко и има широк обхват на приложение. От ракетни тела до човешки костни импланти, GR5 е навсякъде. Какви са основните разлики между него и чистия титан?
GR5 Композиционен дизайн
GR5 Състав: алуминий на основата на титан-5,5-6,5%, ванадий 3,5-4,5%. Алуминият е -стабилизиращ елемент-, подобряващ здравината и температурната устойчивост. Ванадият е -стабилизиращ елемент-позволяващ на сплавта да поддържа + двуфазна-структура при стайна температура. Фазата осигурява висока -температурна стабилност, докато фазата осигурява устойчивост при стайна температура. Тази двуфазна структура е ключова за баланса на производителността на GR5.
GR1/GR2 са едно-фазни сплави-с ниска якост (GR2 якост на опън 345MPa), но добра пластичност, използвани главно в химическо оборудване и пластинчати топлообменници. GR5 има якост на опън от 950MPa, 2,7 пъти по-голяма от GR2, но неговото удължение е само половината от това на GR2.
Аерокосмически приложения
Резервоари за ракетно гориво: Горивните резервоари на SpaceX Falcon 9 използват алуминиева сплав 2219, но обвивката на двигателя от втората- степен използва GR5 – здравината на алуминиевите сплави пада твърде много при високи температури. GR5 дава 500 MPa при 400 градуса, два пъти повече от 2219.
Сателитна опора и крепежни елементи: GR5 има плътност от 4,43 g/cm³, което е 56% от тази на стоманата. Всеки килограм намалено тегло в сателит спестява $10 000 от разходите за изстрелване-GR5, заменящ стоманените крепежни елементи, е икономичен избор за намаляване на теглото. Замяната на болтове 17-4PH с GR5 в криогенната секция на двигателя води до 44% намаление на теглото.
Медицински импланти
GR5 е стандартен материал за ортопедични импланти-тазобедрени стави, коленни стави, костни пластини и зъбни импланти. Три причини: добра биосъвместимост (TiO2 филм се образува спонтанно върху титановата повърхност, не-токсичен и не-отхвърлящ); модул на еластичност от 110 GPa, 55% кобалтови-хромови сплави-по-близо до 20-30 GPa на костта, намаляващи ефектите на екраниране на напрежението; и якост 950 MPa, отговарящи на изискванията за носещи свойства.
Въпреки това модулът на еластичност на GR5 все още е по-висок от този на костта-дългосрочната-имплантация може да причини костна резорбция. Понастоящем порестият GR5 (3D отпечатан с 50-70% порьозност) може да намали модула на еластичност до 15-30 GPa, по-близо до порестата кост.
Предизвикателства при обработката на GR5
Висока температура на рязане на титанова сплав – топлопроводимостта на титана е само 1/4 от тази на стоманата, концентрирайки топлината на рязане в режещия ръб и причинявайки бързо износване на инструмента. Струговането на GR5 с твърдосплавни инструменти изисква линейна скорост от 40 m/min, което е 1/3 от скоростта, необходима за обработка на неръждаема стомана 304. Необходима е охладителна-съдържаща хлор течност – обикновените емулсии са неефективни.